Tratamiento agus acidas de mina por humedales artificiales

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA
CARRERA: INGENIERIA QUIMICA
TITULO: “TRATAMIENTO DE AGUAS ACIDAS DE MINA POR HUMEDALES ARTIFICIALES”
AUTOR:
BETTY ROXANA NINA ANTONIO
FECHA DE DEFENSA: Oruro 21 de diciembre de 2006
1. INTRODUCCION
La industria de explotación minera es una actividad más problemática, la extracción minera y su proceso son
fuente de muchos contaminantes que están dispuestos en el ambiente. La exposición de los minerales
sulfurosos al aire y agua, asociados a procesos microbianos y oxidación produce drenaje ácido de mina,
caracterizado por su alta acidez y alta cantidad de metales pesados disueltos. El agua de mina de San José es
bombeada desde la mina hacia una salida en la ladera de la montaña, por un canal abierto a las afueras hacia
el norte de la ciudad, hacia el sur en dirección al lago Uru Uru y Poopo.
La aplicación de Humedales utilizando totora como agente descontaminante, presenta una alternativa a ser
considerada, por una parte representa un sistema pasivo de tratamiento, con rendimientos aceptables para
remover agentes contaminadores del drenaje ácido de mina y por otra representa costos mínimos, tanto de
instalación como de operación, aspectos que pueden favorecer su aplicación. Esta tecnología permite
optimizar los mismos procesos en humedales naturales: filtración, sedimentación, inmovilización física y
química, descomposición química y biológica.
2. JUSTIFICACION DEL TEMA
Desde el punto de vista ecológico el tratamiento de aguas ácidas por humedales artificiales es una alternativa
de solución para los efluentes contaminados por procesos mineros. A su vez se hace uso de Humedales que
proporcionan recursos naturales de gran importancia para la sociedad, ofreciendo ventajas ambientales sobre
otros sistemas convencionales. El estudio de la aplicación de macrófitas para el tratamiento y depuración de
aguas es un campo de especialización importante en la Ingeniería Química, particularmente de variedades de
interés regional, como la Totora; en este campo el estudio busca contribuir al conocimiento y comprensión de
las capacidades existentes en recursos naturales alternativos a los procesos convencionales.
El tratamiento y vertido de aguas ácidas de origen minero, esta sujeto de regulación por la legislación
ambiental y representa uno de los campos de mayor limitación en su conversión ambiental, el estudio en este
campo busca contribuir a esta problemática mediante una solución alternativa, de carácter pasivo.
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La problemática corresponde a dos niveles de elaboración, primero, es necesario evaluar las características
de los efluentes para la aplicación de los humedales como sistema de tratamiento, las características de las
aguas ácidas de mina permiten establecer la necesidad de realizar un pretratamiento, que corresponda a las
características de tratamiento pasivo que representa la alternativa considerada; segundo; el establecer,
mediante métodos experimentales, el rendimiento de la remoción bajo diferentes condiciones, que permitan
evaluar la cinética del proceso y en consecuencia suministrar datos de diseño útiles para su aplicación.
4. OBJETIVOS
GENERAL
Desarrollo de un sistema pasivo para el tratamiento de aguas ácidas provenientes de la mina de San José,
con la finalidad de disminuir la concentración de los contaminantes, a través de humedales artificiales y con
la utilización de la Totora como agente descontaminante.
ESPECIFICOS
a. Evaluación y caracterización de las aguas ácidas de la mina de San José, a efecto de establecer la
necesidad de su tratamiento y aplicación del método de depuración por humedales artificiales.
b. Estudio y evaluación de necesidades de pretratamiento para la aplicación del método propuesto, en el
marco de la aplicación de sistemas pasivos.
c. Estudio y evaluación de las variables incidentes de depuración aplicando el agente descontaminante.
d. Desarrollo experimental para la determinación de la cinética del proceso, elaboración de un modelo
explicativo de su fenomenología.
e. Aplicar los resultados, para el diseño y dimensionamiento de una planta de tratamiento de aguas de mina.
5. METODOLOGIA
La investigación se orienta a determinar el comportamiento del sistema a efecto de evaluar su aplicación, en
base de relaciones fenomenológicas, apropiadas para este propósito, en base de este enfoque la estrategia
experimental debe considerar en principio un estudio preliminar, para establecer las condiciones de
aplicación del tratamiento, para realizar las pruebas experimentales orientadas a la caracterización del reactor
biológico, determinación de la cinética, tomando en cuenta la influencia del pH y la temperatura. Finalmente
se realiza la verificación correspondiente para sintetizar el proyecto.
6. ANALISIS
Las pruebas preliminares se orientan al estudio de la adaptación de la planta en condiciones del trabajo de
investigación, y posteriormente, el pretratamiento consiste en el ajuste de las características del efluente a las
limitaciones del sistema, incluyendo el análisis y evaluación del método de dilución o neutralización que
permita disminuir la elevada concentración de los metales pesados y elevar el pH.
El equipo experimental permite su operación para funcionamiento en condiciones discontinuas y continuas.
El desarrollo de las pruebas experimentales se orienta a la obtención de datos que permita establecer la
influencia de las variables. El tratamiento se orienta al desarrollo de una ecuación cinética en función de la
concentración inicial de los contaminantes para determinar el orden de reacción y las constantes, además de
determinar la influencia del pH y la temperatura en la cinética. En base de las características del afluente y
los resultados, se realiza el diseño de un sistema de tratamiento de aguas ácidas en la mina San José.
7. CONCLUSIONES
El estudio de caracterización de las aguas de la mina San José, se encuentran sobre los valores establecidos
por la normas para la clase D, por su naturaleza tóxica se considera la concentración de sulfatos, hierro,
arsénico, cadmio y plomo. En las pruebas experimentales, se efectúa la adaptación del cultivo a las
características del agua de mina, para diferentes valores de pH, los resultados determina como límite un
valor de tolerancia de pH 6, por debajo de estos valores el cultivo presenta inviabilidad y muerte. Por las
restricciones que presenta el cultivo, respecto al valor de pH se efectúa la dilución prueba que no satisfacen
al requerimiento del sistema, por lo que se aplica CaOH2, como agente neutralizante, aplicando un sistema de
aireación, con los resultados se tiene la curva de neutralización, para establecer el rango de adición.
Complementando con una prueba de sedimentación, para la separación de los precipitados generados en la
sedimentación aplicada, para los fines del presente proyecto, se utiliza un cono Imhoff.
Para el desarrollo experimental, se aplica una prueba con trazador, y se evalúa la respuesta, para la
caracterización del sistema, los resultados corresponde a reactores flujo pistón. La medición de los
parámetros seleccionados a diferentes tiempos de proceso, permite aplicar el método de mínimos cuadrados
para establecer el coeficiente cinético y el orden de reacción. Mediante la comparación de datos observados
se establece la influencia del pH y se determina el factor limitante, que corresponde a la remoción de la
concentración de arsénico. Se estudia la influencia de la temperatura, utilizando la ecuación de Arrhenius, se
determina el coeficiente de temperatura, realizando la simulación para diferentes condiciones ambientales.
Finalmente, los resultados experimentales, son aplicados para el diseño y dimensionamiento de una planta de
tratamiento de las aguas de mina de San José, considerando el tratamiento fisico-químico, con una canaleta
Parshall y un sedimentador, el tratamiento biológico, mediante la aplicación del humedal, con recirculación.
8. RECOMENDACIONES
El estudio, para la evaluación de la cinética, no incluye la evaluación de las reacciones involucradas en el
sistema de depuración, formación de mecanismos bioquímicos para la desestabilización, asimilación y
precipitación de los parámetros contaminantes, por esta razón la cinética aplicada corresponde al proceso en
su conjunto, es recomendable el desarrollo de investigaciones que permita esclarecer los mecanismos de
descontaminación que involucran la totora, este trabajo es complementario al presente proyecto.
El estudio se basa en la consideración del funcionamiento del sistema bajo condiciones estacionarias, es
necesario evaluar el sistema bajo condiciones transitorias, que permitiría mejorar la implantación de sistemas
y la estabilidad de los mismos. El diseño propuesto para la mina San José requiere de una complementación
en relación a la implantación, debido a la carencia de información sobre el uso del suelo urbano, es
recomendable a efecto de precisar su ubicación complementar la implantación a detalle del sistema.